第2讲 钻井水力参数优选技术.pptVIP

第二讲 水力参数优化设计概 述 喷射钻井的概念 在钻头上安装可以产生高速射流的喷嘴，高压钻井液流过喷嘴时可产生高速流动的水射流，给井底以很大的冲击力，把岩屑及时冲离井底，并辅助破碎岩石。该技术称为喷射钻井技术。 第二讲 水力参数优化设计概 述 井眼清洗两关键环节：井筒清洗和井底清洗 认识历程： 一开始认为第一个过程重要：在1938年，人们就想方设法提高排量 第二个过程十分困难——岩屑滞留井底。 原因有二： （1）压持效应； （2）井底“垫层”的形成 第二讲 水力参数优化设计概 述 该项技术是从上世纪60年代开始的。从70年代至80年代末，经历了三个发展阶段： 喷射钻井初级阶段：泵压10—12MPa； 喷射钻井中级阶段：泵压14—15MPa ?↗ 66% 喷射钻井高效率阶段：泵压18—20MPa ?↗ 40% 第四阶段：泵压﹥30 MPa ——增压喷射钻井 经验：“四个提高”，“两个适当缩小” 即钻压、泵压、钻头比水功率和喷射速度要提高，喷嘴直径和排量应适当缩小。 具体的做法如下： 尽可能提高钻井泵的泵压； 其次是尽量提高钻头比水功率； 钻压、喷射速度、排量和喷嘴直径要适当配合。 （一）射流及其对井底的作用 1.射流特性 射流概念：射流是指通过管嘴或孔口过水断面周界不与固体壁接触的液流。 射流分类： 非淹没射流—— ρ射ρ介， 淹没射流——ρ射ρ介， 自由射流——无固体边界限制 非自由射流——有固体边界 连续射流——射流内某一点压力保持平稳 脉冲射流——射流流束内压力不稳定，发生一定频率的脉动 空化射流——气体进入液体产生空穴，空穴破裂产生很高的压力 自钻头喷嘴射出的射流为淹没非自由连续射流。 井底射流特性 （1）射流形状 （2）扩散角α射流纵剖面上周界母线的夹角 称为射流扩散角α。它反映了射流的密集程度。α 越小，则射流的密集性越高，能量就越集中。 （3）速度分布规律 ① 在喷嘴出口断面，各点的速度基本相等，为 初始速度。 ② 在射流任一横截面上，射流轴心上的速度最高， 由中心向外速度很快降低，到射流边界上速度降为零。 ③ 射流中心部分保持初始速度流动的流束，称为 射流等速核。等速核长度与喷嘴直径和流道形状有关。 ④ 在等速核以内，射流轴线上的速度等于出口速度；超过等速核以后，射流轴线 上的速度迅速降低。 （4）井底漫流 射流撞击井底后，形成压力冲击波和沿井底高速流动的漫流。 2.射流对井底的清洗作用 （1）射流的冲击压力作用 射流撞击井底后形成的冲击压力极不均匀。 第二讲 水力参数优化设计一、喷射式钻头的水力特性 3. 射流对井底的破岩作用 在岩石强度较低的地层，射流的冲击压力超过地层的破碎强度，直接破碎岩石。 在岩石强度较高的地层，射流挤入岩石中由钻头机械力造成的微裂纹和微裂缝内，形成“水楔”，使微裂纹和裂缝扩展，从而大大降低岩石的破碎强度。 4. 射流对钻井液的剪切稀释作用 （二）射流水力参数 表征射流水力能量大小的参数：喷射速度、射流冲击力、射流水功率。 计算位置：喷嘴出口断面 1. 射流喷射速度 2. 射流冲击力 3.射流水功率 单位时间内射流所具有的作功能量称为射流水功率。 2.钻头水功率 钻头水功率是指钻井液流过钻头喷向井底所消耗的水力功率。 第二讲 水力参数优化设计一、喷射式钻头的水力特性 3.钻头水力参数与射流水力参数的关系 水功率传递路径： 钻井泵→地面管汇→钻柱内→钻头→环空→地面。 水功率传递基本关系： ps——钻井泵压力，MPa； pg——地面管汇压耗，MPa； pst——钻柱内压耗，MPa； pan——环空压耗，MPa； pb——钻头压降，MPa。 N—水功率，kw 第二讲 水力参数优化设计三、循环系统压耗的计算 为了计算循环管路的压力损耗，可以分成三步进行： （1）判别钻井液流型 目前常见的流型有四种：牛顿流型、假塑性流型、塑性流型和膨胀流型。 钻井液一般选择宾汉流型和密律流型 第二讲 水力参数优化设计三、循环系统压耗的计算 （2）判别钻井液流态 钻井液流态分为：塞流、层流、过渡流和紊流。 一般只判别钻井液是层流，还是紊流 判别方法有两种：雷诺数法和z值方法。 雷诺数法： 管内流： 环空流： Z值方法： 第二讲 水力参数优化设计三、循环系统压耗的计算 （3）计算压耗PL 压耗分为两部分：管内压耗和环空压耗。 ① 层流 层流情